Исследование механизмов оптической записи информации в ПВМС приз и его модификациях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ПЕТРОВ Виктор Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ В ПВМС ПРИЗ И ЕГО МОДИФИКАЦИЯХ

Специальность 01.04.0} - радиофизика

и

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени кандидата физико - математических иаук

Самкт - Петербург 1996

г

Работа выполнена в Ордена Ленина Физике - Техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН

Научный руководитель: , Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат физико - математических

наук А.И.Грачев

доктор физико • математических

наук А.А.Бережкой

кандидат технических наук

С.А.Рогов

Санкт - Петербургский институт

ядерной физики

им. Б.П. Константинова РАН

Защите состоится Г- в /б часов иа

заседании диссертационного совете N К 063. 38. Н и Санхт-Петрбургском государственном техническом увиверитете по адресу: г.Санкт - Петербург, ул.Падагтехиичеекая дом 29.

С диссертацией можно ознакомтъся в библиотеке Санкт • Петербургского государственного технического университета

Автореферагразослан №¿>/4

\ # Ученый секретарь диссертационного советам кШ.38.11 кандидат физико - матенатичг-жих наук

.1996 года.

С.В.Загрядский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Процессы оптической записи информации в юторефрактнвных кристаллах (ФИС) на протяжении последних десятилетий |ривлекают к себе пристальный интерес. Это связано в первую очередь с тем, что ■ №К могут рассматриваться как реверсивная фоточувствительная среда для задач штической обработки информации. ' Р настоящее время круг этих задач геретвычайио широк: двумерный спектральный и корреляционный анализ нобрзжений и многоканальных электрических сигналов, адаптивная штсрферометрия, обращение волнового фронта и т. д. Возможность фактического применения тех или иных устройств в таких задачах в значительной лере зависит от оптике . голографических свойств используемого |)оторефрактив11ого материал» Поэтому исследование механизмоа оптической записи, информации в фоторефрактпвных кристаллах и изучение их оптических сарактеристик является актуальной й практическом отношении задачей.

В то же время, исследование механизмов оптической записи и ФРК является :ямостоягеяьнон интересной научной проблемой, поскольку процесс записи информации включает в себя такне процессы как: возбуждение примесных фотоактивных центров в кристалле, перенос ч захват фоговозбужденных носителей заряда как мелкими так и глубокими ловушками, формирование пространственно -неоднородного заряда и г. д. Соответственно возникают вопросы детального исследования механизмов физик« указанных процессов возбуждения, релаксации и гр;>|1спортных свойств носителей заряда.

Также несомненный интерес представляет и исследование влияния когерентных свонсп» записывающего и считывающего света, проявляющихся, например, в явлении двухвалкового взаимодействия.

Кроме того, исследование процессов считывания записанной информации • является интересной с точки зрения задачи дифракции спета на неоднородиостях показателя преломления.

При решении конкретных задач оптической обработки информации центральным вопросом является выбор из уже известных, или создание нового пространственно-временного модулятора света (ПВМС), который бы обеспечил управление одним световым потоком при помощи другого. ПВМС ПРИЗ, изготовленный из кристаллов силиката или германата висмута (Ви^Юго, ВЬгОеОм). является одним из наиболее перспективных приборов в этой области.

Известно достаточно большое число работ, в которых исследуются вопросы практического применения ПВМС ПРИЗ. В результате этих работ выявилась необходимость более углубленного изучения механизмов оптической записи информации, в частности, процесса физических свойств формирования пространственно - неоднородного заряда, что позволило бы:

- более эффективно использовать ПВМС ПРИЗ л уже известных областях применения;

- рекомендовать его дня ¿Ьшения новых практических задач, например - дм регистрации фааомодулированиьсс оптических сигналов (в частности - дяя виброметрии); для оптического накопления изображений в течении длительного времени. '

- кроме того, анализ существовавших ранее методик измерений

характеристик ПВМС «оказал » ряде случаев их недостаточную объективность, что

о

затрудняло объективную оценку параметров исследуемых ПВМС.

1Й5ЛЬ РАБОТЫ. - Поиск новых механизмов записи информации в фоторефрактивных кристаллах с целью изучения возможности улучшения характеристик пространственно-временного модулятора света ПРИЗ, и расширения его функциональных возможностей. .

, - Исследование механизмов запаси и регистрации фазомодулированных сигналов с использованием двухволнового взаимодействия а пространственно-временном модуляторе света ПРИЗ.

Разработка достаточно корректной методики определения информационной ёмкости двумерных модуляторов света и оценка информационной ёмкгети новых модификаций модулятора ПРИЗ на основе ргзработанной методики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе впервые:

Обнаружен двухэтапный механизм записи информации в фоторефрактивных кристаллах с использованием мелких ловушечиых уровней, включающий и себя этапы формирования и проявления скрытой записи.

- Обнаружен эффект увеличения дифракционной эффективности при ' импульсном считывании информации в ПВМС ПРИЗ,

- Исследовано лвухволиопос взаимодействие в ПВМС ПРИЗ.

- Обнаружено индуцированное трехволиовое взаимодействие в тонких голограммах на примере ПВМС ПРИЗ.

- Экспериментально измерена информационная емкость и эффективная полоса пропускания ПВМС ПРИЗ, объединенного с ЭОП с учетом ограниченности динамического диапазона.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы состоит в тон, что. в ней разработаны: новый способ регистрации информации, в фоторефрактивных кристаллах, что подтверждено авторским свидетельством СССР № 1347752; новый способ считывания информации с фоторефрактивных кристаллов типа силленитов, что подтверждено авторским свидетельством СССР № 1414133; продемонстрирована возможность эффективного использования ПВМС ПРИЗ в качестве светочувствительной среды для регистрации фазомодулированных сигналов.

подеттт выносимьш на защиту-.

1. В фоторефракти&ных кристаллах типа силленитов возможна реализация двухэтапного механизма оптической записи информации с использованием мелких ловушечных уровней,

2. При импульсном считывании информации с ПВМС ПРИЗ происходит существенное увеличение дифракционной эффективности.

3. В тонких голограммах возможна создание условий, обеспечивающих эффективное взаимодействие .трех и более дифрагированных лучей.

I 4. При оценке информационной емкости и полосы пропускания необходимо правильно учитывать ограниченность динамического диапазона ПВМС.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: И научно- техническом семинаре по ПВМС и ООИ (Ленинград, 1987), III Всесоюзной конференц"н по вычислительной оптозлектроннке (Ереван, 1987), I Всесоюзной конференции по ООИ (Ленинград, 1988); па семинарах лабораторий кинетических' явлений в твердых телах при низких температурах л квантовой 3J.ектроннки ФТИ РАК им.А.Ф.Иоффе и'-изложены а 10 печатных работах« защищены двумя авторскими свидетельствами.

Сруктура и объем работ!,т. Диссертация состоит из введения,четырех глав и заключения. Содержит 34 рисунка, список литературы из 93 наименований. Полный объем диссертации 98 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ содержит обоснование вктуалыюети прочеденных в диссертационной работе исследований, В нем сформулировала цель работы, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, изложены защищаемые положения,

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ представлен обзор литературы, .содержащей:

- описание известных механизмов работы ПВМС ПРИЗ,

. методику измерений основных характеристик двумерных модуляторов света,

- описание некоторых модификаций ПВМС ПРИЗ,

основные принципы двух- и четырехволнового взаимодействий а фоторефрактивных кристаллах.

В разделе l.f обосновывается выбор исходного типа модулятора. Здесь же делается заключение о том, что используемое множество параметров и методик их измерения не позволяет адекватно сопоставлять различные типы ПВМС, Поэтому в качестве единой, интегральной характерстикн предлагается использовать информационную емкость, а тестирование ПВМС - шумоподобным сигналом.

Такая методика имеет практический интерес, так хах позволяет оценить искомые

1 - ' *' • -

параметры в условиях, наиболее адекватных реальным.

В разделе 1.2 описываются хорошо изученные механизмы записи Информации а фоторефрактивных кристаллах - диффузионный и дрейфовый в йецифичноп для ПВМС ПРИЗ геометрии, при которой формируемая решетка *йля пространственного заряда Esc сдвинута на it/2 относительно Лгерферснционнон картины. Под механизмом записи информации в ПВМС Ьннмаегся формирование неоднородного объемного заряда в толще {¡¿торефрактивного кристалла иод действгем записывающего света.

Общим у этих механизмов ¡тляaсн го, что фогогенерация фотоэлектронов !роисходнт с донорных уровней, затем - дрейф или диффузия в Зоне проводимости iV'захват на ловушечные уровни. С Другой стороны известно, что степень Наполнения ловушечных уровней в енлленитах зависит от предварительной ¡асиеткн образца, что в свою очередь влияет на процессы переноса (дрейфа или Ыффузин) фотовозбужденных носителей заряда. Поскольку в кристаллах BSO «(ергия ионизации составляет десятые доли электрон-польт, то отношение времени Урмической ионизации к времени рекомбинации очень мало. Отсюда делается включение о том, что в случае реализации механизма записи информации с Использованием ловушечных уровней, время хранения информации може, быть Ьущсстиенно выше, чем при традиционном - дрейфовом механизме записи.

В разделе 1.1 обсуждаются возможные пути улучшения чувствительности ÜBMC ПРИЗ. На основе литературных данных оценивается потенциальная чувствительность модулятора ПРИЗ. Из приведенных оценок следует, что ¿осгшиутая чувствительность ПВМС ПРИЗ • порядка S мкДж/см2 близка к Йбретическому пределу - 2 мкДж/см! . Отсюда понятно, что попытки улучшить Stot параметр за счет оптимизации работы или конструкции самого модулятора -бесперспективны. Проблема чувсгвнтел мюсти может быть решена за счет стыковки модулятора с внешним усилителем через волоконно-оптическую ¿Наишайбу. В качестве такого усилителя Используются электрооптические Йреобрззопатсла (ЭОПы) с электростатическим или микроканальным умножением. Из лнтсретурных источников известно, что такие комбинированные ШМС успешно используются на основе жидкокристаллических модуляторов. Вместе с

тем, в литературе практически отсутствуют работы, которые были бы посвящет детальному исследованию ПВМС ПРИЗ, объединенного с усилителем яркости.

В разделе 1.4. дается краткое описание явления двух-, трех- i четырехволнового взаимодействия, которые хорошо изучены во многп: фоторефрактивных кристаллах на примере толстых голограмм. 8 этом случа! дифракция на голографической р листке задается известным условием Брэгга. Ир i настоящее время в литературе практически отсутствуют сведения об исследованш волнового взаимодействия в тонких голограммах. Поскольку в тонкой голограмм! не выполняются условия Брэгга, то на выходе тонкой фазовой голограммы мслсс быть получен набор дифракционных порядков. Следовательно, в этом случа< возможна интерференция не только между нулевым и первым порядкам! дифракции, но и высшими порядками дифракции, которые распространяются i одном направлении. Здесь ПВМС ПРИЗ является типичным примером тонко? голограммы для определенного интервала пространственных частот. Поэтом} представляется целесообразным исследовать некоторые из указанных явлений например - двухволновое взаимодействие с использованием ППМС ПРИЗ.

В разделе 1.5 делается заключение по результатам обзора литературы г формулируется постановка задач исследований:

-Поиск новых механизмов записи информации в фоторефрактивныа

у

кристаллах с целью изучения возможности улучшения характеристик пространственно-временного модулятора спета ПРИЗ, и расширения ere функциональных возможностей.

- Исследование механизмов записи и регистрации фазомодулировашшх сигналов с использованием двухволнового взаимодействия в пространственно-временном модуляторе света ПРИЗ.

-Разработка достаточно корректной методики определения информационной емкости двумерных модуляторов света и оценка информационной емкости новых модификаций модулятора ПРИЗ из основе разработанной методики.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованиям нетрадиционных режимов оптической записи и сч пгывашш Информации в ПВМС ПРИЗ.

В разделе 2.1 рассматривается двухэтапныи режим записи информации на шаущечных уровнях исходя из двухуровневой модели запрещенной зоны В50. На ■ервом этапе под действием записывающего света происходит локальное тсрераспрсделепие фотоэлектронов по энергетическим состояниям ¡ютоэлектроиы захватываются на ловушечный уровень. Поскольку внешнее шектрнчсское поле на это».. этапе отсутствует, перераспределение электронов в эеальном (координатном) пространстве не происходит, то скрытая чяпись треастаы«« из себя промодулированную записывающим ет>етом хопцснтрацто ?лектронов на ловушечном уровне. При этом пренебрегаем диффузионными процессами перераспределения заряда, поскольку подразумевается работа на низких пространственных частотах, где диффузионный механизм не эффективен.

На втором этапй при включении внешнего электрического поля и считывающего света происходит фотогекерация электронов с ловушечного уровня в зону проводимости и последующий их дрейф во внешнем поле. Тем самым создастся пространственно-неоднородное распределение заряда и скрытая запись может быть визуализирована за счет внутреннего элсктрооптического эффекта.

Выражение для изменения объемной плотности заряда Др(хД) предсказывает экспоненциальный характер проявления скрытой записи в зависимости от времени.

В разделе 2.2 приводятся экспериментальные результаты исследовании двухэтапного режима формирования скрытой записи информации, механизма оптической стимуляции проявления скрытой записи и импульсного считывания.

■ Описывается экспериментальная установка, ца которой были проведен» экспериментальные исследования, Экспериментальная установка Позволяла обеспечить разнесение до времени процессов экспонирования образца -формировании скрытой записи и процесса ^проявления.

Представленные экспериментальные результаты двухэтапного режима формирования скрытой записи подтверждают, что процесс проявления скрытой записи действительно носит эксноненнциальный характер. Экспериментально наблюдаются два участка отклика образца - быстрый - на котором отклик спадает примерно в 4 раза за 1-2 с и медленный - на котором отклик уменьшился на 10 -15% за 30 минут. Это подтверждает предположение о возможности длительного

хранения информации в кристаллах BSO с использованием двухэтапного режима работы.

При исследовании двухэтапного режима работы был обнаружен эффект фотостимуляции проявления скрытой записи. Эффект заключается в следующем. Если на этапе проявления скрытой записи дополнительно' осветить модулятор достаточно мощным, кратковременным импульсом света из зеленой области спектра, то вместо ожидаемого стирания информации, происходит скачкообразное увеличение отклика. Экспериментальные результаты показывают, что в зависимости от соотношения исходных параметров увеличение отклики достигает 30-100 раз по сравнению с максимальным значением отклика без стимуляции,

В экспериментах по исследованию импульсного считывания информации использовалась вторая гармоника АИГ-Ый-лазера (Х=0,53 мкм, т=20 не).

Результаты измерения передаточной характеристики показывают, что для каждой

о

пространственной частоты существует значение плотности энергии считывающего света, при которой дифракционная эффективность скачком меняет свое значение. Но значительное увеличение дифракционной эффективности наблюдается лишь при малых экспозициях записывающим светом. Экспериментально обнаружено, что при более высоких пространственных частотах наблюдается большее увеличение дифракционной эффективности, что приводит к фактическому расширению полосы передаваемых пространственных частот ПВМС

В этом же разделе обсуждается модель, объясняющая полученные результаты. Модель учитывает влияние'заполнения ловушечных уровней на процессы фотопроводимости d BSO. Известно, что фотопроводимость • при практически полном заполнении ловушек растет по закону (кривая I на рис. 1):

Пг=Пг®{ f-exp(-t/Tr)} (I)

где пг к хг -концентрация и время жизни фотоэлектронов. Однако, если ловушки практически опустошены, то после включения засветки динамика нарастания, пг существенно меняется - кривая 2 на рис. I. Наличие S-образного участка обусловлено величиной п., определяемой процессом захвата на ловушки. Тогда

гроцесс формирования пространственного заряда в описываемых Экспериментах

можно описать, используя зависимость т|.=П[\У), П*

ч

п,

рис.1

рис.2

\У- экспозиция образца (рис.2). На этапе формирования скрытого изображения по апертуре образца возникает пространственное распределение ти непннеИна зависящее от пространственного распределения экспозиции. При этом ть определяется средним уровнем экспозиции - рабочая точка N1. При включении однородной замахи на этане проявления скрытого изображения, сформированная неоднородность 11. приведет соответствующей неоднородности

фотопроводимости. По мере роста экспозиции (движение рабочей точки Р.Т. вправо по оси будет происходить не только количественное увеличение объемного заряда, но и изменение его формы. Из рис.2 видно, что положение рабочей точки N2 является более оптимальным из-за более высокого контраста Т1.(х), а следовательно и Др(х). Это обстоятельство и является причиной наблюдаемого поведения дифракционной эффективности при имнульсной фотостимуляции проявления записи.

В разделе 2.3. приведены результаты исследования ПВМС ПРИЗ в качестве фотоириемника с экспоненциальным законом накопления. В этом случае модулятор работал в двухэтапном режиме записи информации. Динамич ский диапазон такого фотоприемника составил примерно 50 дБ.

В разделе 2.4 формулируются результаты второй главы:

• Обнаружен двухэталкый механизм записи информации, включающий этапы формирования и проявления скрытой записи.

-' Обнар>жен эффект импульсной фотостимуляции процесса проявления скрытой записи.

- Обнаружен эффект увеличения дифракционной эффективности (в 10 -100 раз) при импульсном считываю.и информации, что обеспечивает расширение полосы пропускания ПВМС ПРИЗ в 2 раза.

- Для объяснения полученных результатов предложена модель, учитыбающая динамику нарастания фотопроводимости, конкретный вид которой зависит от степени заполнения ловушечных уровней в кристалле ВБО.

- Предложено использовать двухэтапный механизм записи для оперативного управления чувствительностью регистрирующей среды, что позволяет предложить ПВМС ПРИЗ в качестве фотоприемника е оптическим считыванием информации и управляемым временем накопления, достигающей )0] с.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ Представлены экспериментальные и теоретические результаты исследования двух- и индуцированного трехволнового взаимодействия в ПВМС ПРИЗ.

В разделе 3.1. описываются экспериментальные исследования, которые проводились в известной схеме адаптивного интерферометра. Запись голограммы осуществлялась двумя лучами: в и Я. Частота фазовой модуляции одного из лучей: Я/2я=720 Гц. В качестве фоточувствительной среды дня записи голограммы использовался ПВМС ПРИЗ, в котором обеспечивалось выполнение условий -гонкой голограммы. Поскольку пластина кристалла имела толщину <1=0,5 мм, то голограмма, записанная на таком модуляторе была тонкой в диапазоне пространственных частот у<(пДс1),ла100 дин/м1« (п=2,54 для А^О.бЗ мкм).

В разделе 3.2 описываются экспериментальные результаты. Предварительные измерения были проведены в двух конфигурациях эксперимента: дифракция с поворотом и без поворота плосхости поляризации. В первой конфигурации обеспечивается лучшее отношение сигнал-шум за счет использования на выходе анализатора, подавляющего спеки- шум. Поэтому детально исследовалась эта конфигурация. При вращении кристалла в плоскости, образуемой пучками Я и Б на

1.1

угол а происходило существенное возрастание сигнала на '.астоте £1. В этом случае возникав-! отличная от нуля проекция. внешнего поля Е«1 вдоль нового направления волнового вектора К8 записанной голограммы. В результате этого изменяется геометрия дрейфового механизма и происходит более эффективное формирование объемного заряда. Один из наиболее интересных ¡: гзультагов заключается в том, что на низких пространственных частотах (у<150 лин/мм) наблюдались высшие порядки дифракция. Это явление было названо индуцированным трехволновым взаимодействием, так как нетрудно убедиться, что в одном направлении распространяются три интерферирующих между собой волны. Первая волна есть первый линейный дифракционный порядок Б-луча, вторая волна - второй линейный дифракционный порядок Я-луча, третья волна -первый порядок дифракции Я-луча на второй пространственной гармонике голографической решетки.

В разделе 3.3 проведен теоретический анализ наблюдаемых явлений. Анализ базируется " на известных принципах дпухволнового взаимодействия. Для упрощения анализа и учитывая малую толщину кристалла мы пренебрегли вращением плоскости поляризации за счет оптической активности. Получены аналитические выражения для выходной интенсивности для двух- и трехволнового взаимодействий в обеих конфигурациях.

Дифракция да поворота плоскости ао-ыримщии. л

а) - двухволновое взаимодействие. Для несмещенной решетки:

1=1гопй - 1(0)СО$П 1+кратш-!е нечетные гармоники П. (2)

дпя смещенной решетки (Д=л/2) сигнал должен наблюдаться на 2П;

четные гармоники П (3)

б) - трехволиовое взаимодействие аыешйх порядков дифракции: 1=1^ + 4[л/1к1,ту г|/М©).1,(©) соэШ ■

4АЯ^ЫТ7^?ЗО(©)32(©)СО56СО$2Г11 (4)

и

Дифракция с поворотам плоскости паляртщии.

а) - двухволновое взаимодействие - с анализаторы, повернутым на угол 90°-у:

1=1сопЯ - 2"ч1кЫу .1о(©).Ь(©)5т2усо8Ш (5)

б) - грехоситовое взаимодействие - без анализатора:

З^Э) со$8с<к2П£ (6)

в) • трехволновое взаимодействие с анализатором:

л'ЬЬ^о1 1}ьг« СОв2/ СО$5 Jo(©)J;(0)cOs2Dt (7)

Здесь обозначены: - интенсивности падающих на ПВМС нучкоа света, П -частота фазовой модуляции, в • амплитуда фазовой модуляции, Лп(©>- функция Бесссля соответствующего порядка, ц*„- анизотропная дифракционная эффективность, п- порядок дифракции, - то же для изотропной дифракционной эффективности, 90°-у - угол между осью анализатора и входной плоскостью поляризации лучков свсга, 6- фазовое рассогласование между двумя положениями интерференционной картины, возникающее за счет случайного перемещения интерференционной картины.

В разделе 3.4 анализируется соответствие экспериментальных и теоретических результатов. Показано, что при анализе наблюдаемых явлений можно пренебрегать эффектом насыщения ловушечных уровней в области низких пространственных частот. Показана связь между выходным сигналом на первой н второй гармониках и реальной » мнимым» частями поля пространственно-неоднородного заряда • Ей.

В разделе 3.5 формулируются результаты третьей главы: • Впервые обнаружено, что в тонких голограммах возможно существование не только обычного • двухволнового взаимодействия между нулевым и первым

порядками дифракции одного и другого луча, но п между высшими порядками дифракции; • первым линейным порядком дифракции одного луча, вторым линейным порядком дифракции другого луча и первым нелинейным порядком дифракции этого же луча. Это явление было • названо индуцированным трехволиовым взаимодействием.

- Обнаружено, что » ПВМС ПРИЗ могут быть созданы условия для дрейфового механизма записи, характерного доя голографической геометрии, которая, как оказалось, более эффективна чем традиционная геометрия ПВМС ПРИЗ.

- Показаны условия возникновения выходных сигналов на первой и второй гармониках частоты фазомодулнрованного сигнала при использовании ПВМС ПРИЗ в схеме адаптивного интерферометра.

ПВМС ПРИЗ может быть использован как эффективная светочувствительная среда для задач адаптивной интерферометрии, основанной на принципах волнового взаимодействия, в частности для регистрации фазомодулнропанных сигналов.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена вопросам практических измерений информационных и шумовых характеристик ПВМС ПРИЗ, объединенного с ЭОП.

В разделе 4.1. обосновывается корректность определения информационной емкости ПВМС через отношение спектральной плотности мощности (СПМ) считанного с него двумерного широкополосного сигнала - и СПМ его

собственных шумов - Поскольку ПВМС в сочетании с оптической

системой, выполняющей двумерное преобразование Фурье, представляет из себя двумерный спектроаналнзатор, то такой процессор может быть непосредственно использован для экспериментального определения информационной емкости. Информационная емкость С определялась как

С= 1/2Шо22[И- (9)

Здесь Ду,АЕ, - полосы пространственных частот, определяемых по критерию Р*(у,$)Л\(У,£) = 3.

В разделе 4.2. передаточная характеристика склейки ПВМС ПРИЗ -волоконно-оптическая планшайба (ВОП) вычисляется на основании модели, учитывающей расфокусировку записывающего света па выходе ВОП:

93 (к)=С(к/к) ^Р(/еис к^ёа/2 (Ю)

Здесь ро - амплитуда объемной плотности заряда, к- волновой вектор записываемой решетки, е - относительная диэлектрическая проницаемость кристалла, а - угол, при вершине светового конуса на выходе ВОП.

Полученное аналитическое выражение для 98(к) показывает, что для малых Пространственных частот - непосредственно после максимума - 92(кН/к, а для высоких ~1/$А Причины, приводящие к зависимости 1/к1 в случае модулятора ПРОМ и ПРИЗ с ВОП эквивалентны. В обоих случаях с увеличением пространственной частоты убывает толщина слоя заряда, участвующего в модуляции считывающего света. Но у модулятора ПРОМ это связано с электростатикой, у модулятора ПРИЗ с ВОП - с уменьшением глубины фокусировки записывающего изображения. Исходя из имеющегося аналитического выражения для 3>(к) проведен расчет передаточгых характеристик для различных значений толщины слоя фотоиндуиироваиногй заряда. Откуда видно, что передаточная характеристика на высоких пространственных частотах не зависит от толщины сдоя этого заряда »1, следовательно, от величины рабочего напряжения.

В разделе 4.3. приводятся экспериментальные .результаты исследования характеристик ПВМС ПРИЗ с ЭОП.

Для измерения информационной емкости была разработана установка, позволяющая формировать двумерное изображение шума, имеющего равномерный спектр и резкую границу в области верхних частот. Это позволило провести измерения величины информационной емкости в зависимости от ширины полосы записываемого сигнала Ду. Это зависимость достигает максимума при Ду*14 лин/мм.В этом случае удельная информационная емкость составила приблизительно »0» бит/см'. Так же отмечается, что информационная емкость ПВМС. ограннченная оптическими шумами, может быть полностью использована

только при условии, что оптические шумы устройства ш.дежпо фиксируются на выходе , оптического процессора двумерным фотоприемшгеом. Для этого небходимо согласовать интенсивность считывающего света и чувствительность фотоприемника. • •

Измерения передаточных характеристик по голографической методике, описанной в перрон главе, показывают, что увеличение экспозиции и(или) уменьшение рабочего напряжения ведет к персдпточноЯ, характеристике йолее плоской формы, то есть к увеличении разрешающей способности ПВМС. Из этих же данных следует, что нелинейные искажения записи увеличиваются не только с увеличением экспозиции, как это принято считать, но и с уменьшением рабочего напряжения. Возможная причина может заключаться в том, что при понижена напряжения для экранирования внешнего поля требуется меньшая плотность фотоиндуцированпого заряда, и, следовательно, нелинейные искажения начинают проявляться при меньших экспозициях.

Выполненные измерения чувствительности и быстродействия ПВМС ПРИЗ с различным!; ООП показывают, что имеется возможность решить проблему чувствительности в широком спектральном диапазоне,

В разделе 4.4 формулируются результаты четвертой главы:

1. Разработана методика экспериментального определения информационной емкости и эффективной полосы пропускания пространствснпо-времснных модуляторов света с учетом ограниченности их динамического диапазона. Данния методика продемонстрирована на примере определения информационной емкости ПВМС ПРИЗ с электронно-бптпчсскнм преобразователем, которая составила ¡О5 бит/см2. •

2. Показано влияние передаточной характеристики на информационную емкость пространственно-временных модуляторов света.

3. Получено аналитическое вьтря;:сегтс для перчаточной характеристики склепки ПВМС ПРИЗ с волоконно-оптической планшайбой с учетом расфокусировки записывающего света.

4. Определено г :ияние физических факторов и конструктивных особенностей модификаций ПВМС ПРИЗ на ее илраглетрьи

- установлена связь между видом передаточной характеристики и величиной управляющего напряжения, степенью расфокусировки записывающего света;

- между управляющим напряжением и нелинейными искажениями записи информации в модуляторе.

Р ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные результаты работы:

1. Обнаружен двухэтапный механизм записи информации в фоторсфрактивных кристаллах с использованием мелких ловушечных уровней, включающий этапы формирования и проявления скрытой записи. Свойства двухэтапного механизма позволяют использовать ПВМС ПРИЗ в качестве фотоприемника с оптическим считыванием информации и управляемым временем накопления, достигающим 10г с.

2. Обнаружен эффект увеличения дифракционной эффективности (в 10 -100 раз)'при импульсном считывании информации, что обеспечивает расширение полосы пропускания ПВМС ПРИЗ в 2 раза.

3. Предложена модель формирования объемного заряда в фоторсфрактивных кристаллах, зависящего от динамики нарастания фотопроводимости, связанной с нелинейным заполнением ловушечных уровней. В рамках данной модели находят качественное объяснение эффекты фотостимуляции проявления скрытой записи и увеличения дифракционной эффективности при импульсном считывании.

4. Обнаружено, что в тонких голограммах возможно существование не только обычного - двухволнового взаимодействия между нулевым и первым порядками дифракции одного и другого луча, но и между высшими порядками дифракции: первым линейным' порядком дифракции одного луча, вторым линейным порядком дифракции другого луча и первым нелинейным порядком дифракции этого же луча. Это явление было названо индуцированным трехволновым взаимодействием.

5. При исследовании двухволнового взаимодействия в ПВМС ПРИЗ обнаружено, что в ПВМС ПРИЗ могут быть созданы условия для дрейфового механизма записи, характерного для топографической геометрии, который более эффективен, чем обычный механизм записи информации в ПВМС ПРИЗ, показаны условия возникновения выходных сигналов на первой н второй гармониках

частоты фазовой модуляции при использовании ПВМС ПРИЗ в схеме адаптивного интерферометра.

6. На примере определения информационной емкости ПВМС ПРИЗ, объединенного с ЭОП показано, что: для правильной оценки информационной емкости п эффективной полосы пропускания необходимо учитывать ограниченность динамического диапазона устройства. Удельная информационная емкость ПВМС ПРИЗ с ЭОП -составила 10' битЛиЛ .

7. Получено"аналитическое выражение доя передаточной характеристики склейки ПВМС ПРИЗ с волоконно-оптической планшайбой с учетом расфокусировки записывающего света; при этом определено влияние физических факторов и конструктивных особенностей модификаций ПВМС ПРИЗ на параметры передаточной характеристики.

Перечисленные результаты работы отражают личный вклад йвтора.

Основные результаты исследовании опубликованы в работах:

'1. Близнецов A.M., Гуськов Г.А., Петров В.М. н др. Регистрация изображений па ПВМС ПРИЗ с усилителем яркости. Сборник II научно-технического семинара по ПВМС и ООН, Л., ЛФТИ, 1987, с. 74-80

2. Близнецов A.M., Гуськов Г.А., Петров В.М. и др. Высокочувствительный ПВМС на основе фоторсфрактнпного кристалла и усилителя яркости изображении. Сборник III Вссс. копф. по вычислительной оптоэлектроиике. Ереван, 1987, с.!98

3. Петров М.П., Шлягин М.Г., Шалаевский И.О., Петров В.М., Хоменко A.B. Новый механизм записи изображений в фоторефрактивных кристаллах.- ЖТФ, т.55, вып. 11, 1985, с. 2247-2250.

4. Авторское свидетельство N1347752 (СССР) Способ регистрации информации в фоторефрактпвных кристаллах. Хоменко A.B., Шлягин М.Г., Шалаевский И.О., Петров В.М.

5. Петров М.П., Шалаевский И.О., Хоменко A.B., Шлягин М.Г., Петров В.М. и др. Импульсное считывание изображений с ПВМС ПРИЗ. - Письма в ЖТФ, т. 12, вып. 11,1988, с.6«о-700.

6. Авторское свидетельство N1414133 (СССР) Способ считывания информации с фоторефрактниных кристаллов типа силленитов. Петров В.М., Хоменко A.B., Шлягин М.Г., Шалаевский И.О.

7. Мнридонов С.В„ Петров В.М., Хоменко A.B., Шлягин М.Г. Передаточные и информационные характеристики высокочувствительного ПВМС ПРИЗ с усилителем света.- Сб. Тезисов I Всес.конф. по ООИ. ч II. Ленинград, 1988, с.49.

8. Хоменко A.B., Шлягин М.Г., ' Петров В.М., Железнова И.О. Характеристики ПВМС ПРИЗ с усилителем яркости изображений. ЖТФ, т.60, вып.8, 1990, с.86-93.

9. Khomcnko A.V., Petrov V.M., Shlyagin M.G., Shalaevsky N.O. High-sensitivity PRIZ/image - intensifier spalhl light modulator. - Proc. SPIE. 1990, V.l 183, p.309-315.

10. Петров B.M., Петров М.П. Двух» и трехволновое взаимодействие в пространственном модуляторе света ПРИЗ. Письма в ЖТФ. N21, с. 18-23,1995.

U. Petray М.Р., Petrov V.M., Raptis Y.S. et all. Two-wave and indused three- wave mixing in thin holograms. JLAppI. Phys. V.S, N5. 1996.

12. Грачев А-И., Петров B.M. Формирование скрытых изображений в сшшешпах в условиях S-образи ого нарастания фотопроводимости. Принято к публикации - Письма в ЖТФ.